融入HPS教學理念的“生物有共同祖先的證據”教學設計

摘 要：本文在“生物有共同祖先的證據”一節教學中融入HPS教育理念，從人類起源的神話傳說到化石證據的出現，再到生物進化觀點的發展，補充形成生物進化觀點的科學發展歷程及當今關于進化理論的新發現，引導學生深入理解生物進化觀點，提升學生對科學本質的理解，培養批判性思維。

關鍵詞：生物進化；生命科學史；HPS教育理念

文章編號：1003-7586（2024）06-0084-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

“生物有共同祖先的證據”是人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》中第6章第1節的內容，根據《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的要求，學生應形成大概念“生物的多樣性和適應性是進化的結果”中“地球上的現存物種豐富多樣，它們來自共同祖先”這一重要概念。

筆者在課堂教學及文獻研讀的過程中發現“生物有共同祖先的證據”教學內容存在諸多不足。人教版教材編寫由果溯因，介紹生物進化理論的發展歷程，重點圍繞結論－證據引導學生進行論證式學習。由于缺少對時代背景的補充，學生對于“共同由來學說”“自然選擇學說”的理解不夠深刻，導致在形成生物進化觀點的過程中易形成誤區，產生“生物的演化是直線式的過程”“生物的進化是越來越強的過程”等錯誤觀念，導致其在大數據時代，面對“進化論是錯的”等偽科學信息時無法辨別其真偽。

HPS（History and Philosophy of Science）教學是指把科學史、科學哲學和科學社會學的有關內容融入科學教育中，是國際科學教育改革中的熱點。^［1］該教學模式主要以知識在產生和發展過程中蘊含的科學思維、科學精神為基礎，滲透有關科學史、科學哲學和科學社會學等方面的內容，通過模擬或重演科學家的探究過程，讓學生了解概念的形成過程以及規律的建立過程，以此提升學生對科學本質的理解，并最終培養學生的創新意識。

在將自然科學內容進行重組與整合的過程中，學生不僅能學到生物進化的證據、原因和規律，還能學到進化理論的發展過程，認識到進化觀點的發展受到社會與個體因素的影響，樹立開放的知識觀念，培養批判性思維，真正領悟科學的本質。

為了更好地培養學生的生物學學科核心素養，本教學設計融入HPS教學理念，通過補充科學史資料，帶領學生回顧自然選擇學說的發展歷程，歸納總結證據，從證據到結論幫助學生深刻理解生物進化的本質，真正地認同并形成“生物來自共同祖先”的生命觀念。

1 教材分析及教學思路

1.1教材分析

本節課的主要內容是通過化石等證據說明當今生物來自共同的祖先，從細胞生物學水平闡述生物進化的依據，說明當今生物在形態結構、新陳代謝等多方面的共同特征。

本節內容的學習旨在引導學生理解并認同達爾文的“共同由來學說”，為解釋物種的形成作鋪墊，也為學生學習完整章節后形成正確的生物進化觀提供基礎。

1.2 教學思路

本課程融入HPS教育理念，按照科學探究的流程進行教學設計：①補充時代背景，探討生命起源，讓學生了解神創論主流背景下人們對物種的看法以及生物進化觀點提出的不易；②挖掘實質證據，讓學生了解“生物進化”觀點的提出，分析拉馬克（J.Lamarck）等科學家的觀點，體會提出科學觀點與不斷修正的過程需要克服困難；③尋找證據論證，教師帶領學生重走達爾文（C.Darwin）觀察事實到提出科學理論的過程，提出達爾文共同由來學說中“生物具有共同祖先”的觀點，并尋找化石、解剖學等證據；④了解科技進步，引導學生回顧從神創論到共同由來學說的曲折發展歷程，補充最新科研成果，使學生認識到科技進步正在推動生物進化論的發展，充分認識共同由來學說的歷史價值。

2 學情分析

學生在初中階段已經學習了進化論的相關內容，因此較容易理解教師提供的科學史資料。絕大多數學生均接受達爾文的進化理論，但這種認同來源于對教材和教師，是一種被動接受，而不是通過思考內化后的自覺接受。

學生并不清楚生物進化觀點的建立和發展過程，對于生物進化本質的理解僅停留在表面，對于變異是如何產生的以及進化過程中各階段物種之間的關系仍不了解，面對進化論領域的不同觀點仍缺乏鑒別能力，不具備該過程中涉及的科學邏輯和批判性思維。

3 教學目標

（1）以化石作為直接證據，比較解剖學、胚胎學等間接證據，基于證據和邏輯，認同生物是不斷進化的、當今的各種生物來自共同祖先的演化觀。

（2）深入了解生命科學史料，闡明科學家的思維過程，提高分析、整合、評價等思維能力，感受人類認識自然界的曲折過程以及提出科學觀點的艱辛歷程。

（3）在科學探究的過程中形成正確的進化與適應觀，樹立實證思想。

4 教學過程

4.1 補充時代背景，探討生命起源

提出問題：生命是如何起源的？你聽說過哪些關于人類起源的傳說？

教師提出：從古至今，世界上各民族、各種族以及各宗教對于人以至整個世界的起源都流傳著各自信奉的神話傳說。

資料一：《三五歷紀》中記載到盤古開天地，力竭而亡后，身體化為了自然萬物，而后女媧誕生，用泥土創造了人類。^［2］

教師總結：在宗教興起的時代，人類不僅有對天地日月的崇拜，還有對神靈的崇拜。人們信奉萬物的創造者，因此神創論強調“物種不變論”，認為神創造了多少個物種，世界上就有多少個物種。

資料二：1735年，林奈發表《自然系統》，創立了生物命名法和科學分類法。林奈認為：不同的物種是上帝分別創造的結果。

18世紀，法國博物學家布豐觀察化石的分布，發現古代生物和現代生物有明顯區別，通過比較解剖學發現許多生物存在著不完善、沒有用處和退化的器官。布豐提出進化的觀點：物種是可變的。

1762年，瑞士學者邦尼特首先將“進化”一詞應用于生物學中，代表“一切生命形態發生、發展的演變過程”。^［3］

教師總結：隨著生物科學的發展，許多證據的出現讓少數生物學家開始質疑“神創論”，并提出了“進化”的生物學觀點。

學生活動：討論有關人類起源的神話故事，分析“神創論”的主要內容，了解早期人們信奉的觀念以及生物科學與陳舊思想之間的斗爭。

設計意圖：以“生命的起源”為情境提出問題激發學生學習興趣，補充生物進化觀點誕生前的時代背景引發學生的思考，為“神創論”與“進化論”的沖突做鋪墊。此設計主要對應HPS教育理念中的“科學史”部分，不同的觀點沖突體現了HPS教育理念中的“科學社會學”部分。

4.2 挖掘實質證據，初探生物進化

教師活動：講解隨著生物學證據的出現，法國學者拉馬克系統地闡述了“進化學說”，成為進化論的倡導者和先驅，推動了進化理論的發展。

資料三：拉馬克在1809年出版的《動物哲學》一書中，用環境作用的影響、器官的用進廢退和獲得性的遺傳等原理解釋生物進化過程，創立了第1個比較完整的進化理論。

1812年，居維葉以一部長達10卷的巨著《古化石》轟動了整個歐洲，宣告了古生物學的誕生，針對化石的研究成果為生物進化提供了直接證據。^［3］

教師引導學生進行討論與分析，闡明拉馬克的“進化學說”對進化理論發展的重要性，然而此時由于支持進化理論的證據不夠充分，缺乏說服力，“神創論”仍然占據上風。

學生活動：了解并分析拉馬克的觀點，辯證地看待并評價。

設計意圖：通過分析拉馬克的觀點，體會科學家從證據出發得出結論的過程，培養學生的分析推理能力，領悟科學本質，從而學會辯證地看待科學發展的歷史進程。此設計主要凸顯HPS教育理念中的“科學史”與“科學社會學”部分。

4.3 尋找證據論證，感知生物進化

4.3.1 達爾文的論證

教師活動：引導學生思考：想要進一步探究“進化”的奧秘，需要更多準確的實證來支持進化理論。

資料四：1831年，達爾文以學者的身份搭乘“貝格爾”艦出發，并進行了長達五年的科學旅行，采集了大量動植物標本，進行了廣泛的地質考察。他仔細地觀察了所到之處的地質礦物和生物類型，深入比較了化石動物和現存動物的相互關系，考察了生物的地理分布及其在地質期內出現的順序等。^［4］

生物進化是一個漫長的歷史過程，涉及許多復雜的關系。達爾文認為應該從家養動物和栽培植物方面的研究著手。他參加了養鴿俱樂部，對許多家鴿品種進行了深入研究，發現受人們喜愛的不同類型的家鴿都來源于巖鴿。^［5］

教師展示不同外形，不同種類的家鴿圖片，引導學生展開討論，這些家鴿是如何“變異”而來的？

教師介紹：達爾文認為同種生物偶爾會出現某個性狀的變異，馴化是人工選擇淘汰原本“正常”個體的過程。這些人工馴化而來的家鴿偶爾也會出現返祖傾向，達爾文提出它們都具有“共同祖先”的假設。

因此為了更好地說服人們，達爾文需要更加詳細地闡述什么是“變異”，他提出了三點假設：生物天生自帶變異屬性且自然情況下傾向于變異；需要行使某一特定功能的結構不容易變異；產生了變異的生物具有“返祖傾向”。達爾文用證據解釋了物種是變化的，而這些變化的生物通常都具有共同的祖先。^［5］

資料五：1859年，達爾文的《物種起源》出版，“共同由來學說”是書中的核心內容之一。該書顛覆了“神創論”，一經發布就引起了極大的轟動。

學生活動：代入科學家的身份，身臨其境地思考，分析并討論不同家鴿的“變異”是如何形成的，進而思考物種是如何發生變化的。了解達爾文運用大量證據得出結論的過程，體會科學家的思考方式，領悟共同由來學說的本質。

設計意圖：以真實的家鴿實例創設情境引導學生分析，重走達爾文的科研之路，培養分析推理能力。生物進化的觀點并非達爾文首創，但其提出的大多數證據都十分明確，從而使許多生物學家能夠接受。補充的資料是對生物進化觀點發展過程的描述和說明，是發現客觀真理和征服自然的歷史。上述環節主要對應HPS教育理念中的“科學史”部分。達爾文《物種起源》的發表與“神創論”的矛盾體現了HPS教育理念中的“科學社會學”部分。

4.3.2 更多證據的出現

教師活動：教師引導學生回顧進化理論的探究歷程，思考與討論其中的科學方法與證據，并且構建證據鏈，分析總結科學家們用到的科學方法。教師展示“地層中大量化石”的示意圖及介紹化石形成的原理等資料，引導學生在資料中找到支持“生物有共同祖先”觀點的證據并鼓勵學生進行小組討論，尋找當今生物具有哪些共同特征，找出證據論證。

學生活動：歸納總結科學家們用到的方法與證據，構建證據鏈，培養學生的科學思維和探究素養。

設計意圖：學生已知化石是研究進化的直接證據，但大部分學生并不清楚其中緣由。通過將化石證據與其他證據進行對比，理解只有化石直接來源于原始物種。通過歸納與總結科學家用到的科學方法，學會從科學家的角度思考，培養學生嚴謹的科學態度。此設計以多種科學事實證據為參照，運用邏輯推理的方式實現科學知識的重新整合，著重體現HPS教育理念中的“科學哲學”部分。

4.4 了解科技進步，領悟“進化”觀點

教師活動：教師總結生物進化觀點的發展，由神創論到進化論，人們不斷提出新理論、修正舊理論，而這些發展都依賴于科技的進步，因此進化觀點仍在繼續發展。

資料六：2017年，我國科學家以深圳擬蘭為重點研究對象，通過基因組的測序和功能分析，從基因水平揭示了蘭花進化之謎。擬蘭具有與仙茅相似的“原始”性狀，被認為最接近達爾文推測的“假蘭”，為蘭花遺傳工程育種研究提供重要資源和基礎，對于促進蘭科植物保護具有重大意義。

資料七：2022年諾貝爾生理學或醫學獎授予瑞典科學家斯萬特·帕博，以表彰他在已滅絕古人類基因組和人類進化方面的發現。30多年來，帕博以分子生物學分析基因序列，推演人類起源、進化和遷移。他從木乃伊身上提取DNA，通過各種技術進行檢測，將幾萬年前的古人DNA與現代人的進行對比，加深人類對自身的了解。

教師引導學生展開討論，思考問題：①基因測序等分子生物學技術的發展對于生物進化有什么作用？②你認為還有什么問題仍未解決？

學生活動：學生從細胞和分子水平尋找生物具有共同祖先的證據，作為補充證據對共同由來學說進行論證，完善證據鏈，進而領悟科技進步對生物發現的推動作用，了解技術的進步將推動人們對自身和世界的了解。

設計意圖：以新證據作為補充使共同由來學說更加完善可信。通過了解有關進化的新發現引導學生領悟科技發展的必要性，充分認識科學發展的艱辛與曲折。了解前沿觀點對生物進化觀點的推進以及對人們認識世界和自我的幫助，能夠增強社會責任，拉近現實生活與科學教育之間的距離。此設計主要體現HPS教育理念中的“科學社會學”部+/u72++Vb8izCi7KS2vcN4+ta1kaaoUY3OZ8phqa3lo=分。

5 教學反思

本教學設計沿生物進化理論的發展時間線，運用HPS教育理念在“生物具有共同祖先的證據”一節中融入科學史、科學哲學和科學社會學的相關內容。引導學生在感知生物進化理論發展史的基礎上，領悟其發展過程隨科學技術的進步而不斷前進。體會科學家的科學思維，有利于培養學生的科學素養，從而更好地培養進化與適應的生命觀念、歸納與演繹的科學思維以及形成批判性的辯證思維。

對生命科學史資料的補充可以使學生代入科學觀點從發現到提出再不斷修正完善的過程，從科學家的角度充分理解“共同由來學說”的本質，從而真正認同和理解生物進化理論。融入HPS教學模式的教學設計能夠引導學生運用已有的生物學知識以及思維方式對資料進行分析與討論，厘清生物進化觀點的發展歷程，并闡明各個觀點的合理性，樹立實證思想。了解宗教背景下生物進化觀點發展的曲折與艱辛，認同科學的發現和技術的進步能推動人類對自然的認識。

人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》第6章“生物的進化”是一個整體，對學生進一步形成生物進化觀具有重要意義。教師在展開單元教學時應補充對應的生命科學史資料和前沿的科學發現，使得學習框架更加完整，培養學生歸納與演繹的科學思維，進而形成進化與適應的生命觀念。

參考文獻

［1］丁邦平. HPS教育與科學課程改革［J］. 比較教育研究， 2000（6）： 6-12.

［2］（宋）李昉. 太平御覽［M］. 北京： 中華書局， 1960： 175.

［3］李難. 進化生物學基礎［M］. 北京： 高等教育出版社， 2018： 292-307.

［4］王永勝等. 生物學核心概念的發展［M］. 北京： 人民教育出版社， 2007： 118.

［5］達爾文.《物種起源》［M］， 謝蘊貞譯. 北京： 科學出版社， 1972： 149.